第三章 聲學
俗地說，聲學是研究一切聲音現象、利用聲音或消除聲音的科學。自然界中時刻都發生各種各樣的聲音，可謂無所不有、五花八門。和諧之聲，像歌聲，令人陶醉如痴；不和諧的聲音，像雜訊，令人煩躁不安。聲學是歷史上最為悠久的學科之一。我國《詩經》一書中記載了29種樂器，十二律至遲產生於西周初期，考古發現的舞陽賈湖骨笛表明在公元前第60世紀己有六聲或七聲音階。可見，聲學具有十分久遠的歷史。宋代沈括在論述共振現象和音調的無窮變化時曾說：「此聲學至要妙處也」(《夢溪筆談》卷六《樂律二》)。可見，「聲學」這一術語在中國歷史上也是最早定名的科學名詞之一。在中國古代，從振動波的概念到諸如建築等實踐中的應用，從樂器製造到樂律學的進步，都有許多突出的成就。
第一節 振動與波的古代觀念
丁丁當當來把檀樹砍，
砍下檀樹放河邊，
河水清清紋兒像連環。
……
做車輪兒砍樹響丁當，
砍來放在大河旁，
河水清清圈兒連得長。
砍下檀樹放河邊，
河水清清紋兒像連環。
……
做車輪兒砍樹響丁當，
砍來放在大河旁，
河水清清圈兒連得長。
到了明代，借水波比喻空氣中聲波的思想更為明確、清楚。明代科學家宋應星在《論氣·氣聲》篇中寫道：
這段文字的前一句，描寫了遊動的魚攪起水面浪花及水波傳播距離的九*九*藏*書遠近。后一句指出，人的言語行動也使空氣發生變化，其變動之情與水波一樣。此外，王充在這裏還表達了另一個科學思想：聲音的強度隨傳播距離的增大而衰減：魚激起的水波不過百步，其聲音在一里之外消失殆盡；人聲和魚聲一樣，也是隨距離而衰減的。因此，王充是世界上最早向人們展示不可見的聲波圖景的，也是最早指出聲強與傳播距離的關係。
《管子·侈靡篇》寫道：「盪若流水，使人思之。」蕩漾的水波激起詩人的情感，唱出了勞動的
九-九-藏-書自豪。但同時，它又能牽動思維神經、提出科學的疑問：為什麼擴展而開的水波不能阻止水的往下流動？《管子·君臣下》說：「夫水波而上，盡其搖而復下，其勢固然者也。」這是古代人的回答。
敲擊物體使空氣產生的波動如同石擊水面波。這就是宋應星的結論。
物之沖氣也，如其激水然……以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其紋浪以次而開，至縱橫尋丈而猶未歇。其盪氣也亦猶是焉，特微渺而不得聞耳。
魚長一尺，動於水中，振旁側之水，不過數尺，ｒｅaｄ•9９ｃsw•ｃom大若不過與人同，所振蕩者不過百步，而一里之外澹然澄清，離之遠也。今人操行變氣遠近，宜於魚等，氣應而變，宜與水均。
約公元1世紀時，東漢思想家王充終於發現，聲音在空氣中的傳播形式是與水波相同的。他在《論衡·變虛篇》中說：
當然，聲波是縱波，水波是橫波。古代人由於受到時代的局限，對這一點分不清，我們是不能苛求的。
人們常見到水面波和繩子波，它們傳播能量的方向和振動方向相垂直，因此這種波叫橫波。空氣中的聲波，是發聲體使空氣
九九藏書振動而成的。空氣發生了像彈簧那樣一疏一密的振動，它的傳播能量的方向和振動方向相平行，因此聲波是縱波。各種各樣的聲音都是由發聲體振動引起的，這種振動通過空氣或其它媒介傳播到人的耳朵，人就聽到聲音。振動與波的概念的建立和發展，是和人們的生活實踐和生產實踐分不開的。
上古時代，人們在漁獵生產中常見到湖泊池沼的翩翩水波，水面上的浮萍、木條卻並不隨波前進，而是在作上下振動。在紡繩織網中，彈動繩子，波浪從一頭傳到另一頭，但繩子上的線頭也不隨波逐流。經過人們長久思索之後，這種大自然的美終於在新石器時代被匠師以藝術的形式描畫在各種陶土工藝上。這些紋飾與近代波動描繪圖幾乎一致。西周時期一首著名的民歌《伐檀》唱道：九-九-藏-書